1、工业电气自动化及网络控制技术培训工业电气自动化及网络控制技术培训主讲教师 重庆大学廖常初廖常初编写的部分教材S7-300/400 PLC应用技术：获机械工业出版社2006年科技进步奖，中国书刊发行业协会20122013年度全行业优秀畅销书。 跟我动手学S7-300/400 PLC：入门教程，以大量的仿真实验为主。PLC编程及应用（S7-200），中国书刊发行业协会“2006年度全行业优秀畅销品种”。2014年第4版有视频教程。S7-200 PLC编程及应用为十一五国家级规划教材。S7-200 SMART PLC编程及应用，有视频教程。西门子人机界面（触摸屏）组态与应用技术第2版。西门子工业网络
2、组态编程与故障诊断随书光盘有大量软件、手册和例程。FX系列PLC编程及应用，获机械工业出版社2007年科技进步奖。2013年第2版有视频教程。S7-1200 PLC编程及应用第2版，有视频教程。作者荣获机械工业出版社60周年最具影响力作者称号。欢迎访问中华工控网“廖常初老师的博客”。中华工控网论坛的帖子“跟我动手学S7-300/400 ”有1500多个回帖，14万多次访问量。 1. 学习S7-300/400 PLC的意义 S7-300/400是国际国内市场占有率最高的大中型PLC，在国内得到非常广泛的应用。与小型PLC相比，S7-300/400引入了很多计算机高级语言的先进编程思想，程序结构、
3、数据结构、网络通信都比较复杂，自学非常困难，有很多在职人员自费参加S7-300/400的培训。高职高专学生学好了S7-300/400，将给他的职业生涯打下一个良好的基础。 2. 培训使用的教材 主要教材是廖常初编写的S7-300/400 PLC应用技术，该书获得机械工业出版社2006年科技进步奖，和中国书刊发行业协会20122013年度全行业优秀畅销书奖。 参考教材是廖常初编写的跟我动手学S7-300/400 PLC，该书是入门级教程，以大量的仿真实验为主，内容涵盖了S7-300/400应用的主要知识，可作为高职高专教材。S7-300/400 PLC应用教程是S7-300/400 PLC应用技
4、术的教材版，有习题和实验指导书，可提供电子教案。 本培训假设学员已有小型PLC（例如三菱的FX和西门子的S7-200）的基础。1.2 PLC的工作原理1.2.1 逻辑运算逻辑运算 用逻辑代数中的1和0来表示数字量控制系统中变量的两种相反的工作状态。线圈通电、常开触点接通、常闭触点断开为1状态，反之为0状态。在波形图中，用高、低电平分别表示1、0状态。“与”、“或”、“非”逻辑运算的输入输出关系见表1-1。图1-3 异步电动机控制电路FR*SB2*M)(SB1KMK第2章 S7-300/400的硬件与STEP 7使用入门2.1SIMATIC自动控制系统简介自动控制系统简介2.1.1 SIMATI
5、C自动化控制系统的组成自动化控制系统的组成 1SIMATIC PLC S7系列是传统意义的PLC产品。M7、C7已停产。 S7-200/S7-1200/S7-200 SMART是小型PLC。 S7-300是模块式中小型PLC，最多可以扩展3个机架、32个模块。 S7-400是大型PLC，可以扩展300多个模块。S7-1500是新型大中型PLC。 WinAC RTX 是安装在PC上的S7实时软PLC。 2PROFIBUS-DP分布式I/O：例如ET 200和驱动设备。 3PROFINET IO系统中的分布式IO：ET 200等。 4SIMATIC HMI：人机界面的缩写，组态软件为WinCC f
6、lexible。 5SIMATIC NET：西门子工业通信网络。 6标准工具STEP 7：对所有SIMATIC部件的硬件和通信连接组态、参数设置和编程，还有测试、启动、维护、文件建档、运行和诊断等功能。 2.1.2 全集成自动化全集成自动化 统一的组态和编程，统一的数据管理，统一的通信。2.2 S7300系列系列PLC简介简介2.2.1 S7300 概述概述 是模块化的中小型PLC，CPU模块有一个MPI(RS-485)接口，有的CPU还有PROFIBUS-DP 接口、PROFINET（以太网）接口、PtP(点对点)串行通信接口。 最多3个扩展机架(ER)，每个机架最多8个SM、FM或CP。2
7、.3 S7300的的CPU模块与电源模块模块与电源模块2.3.1 CPU模块的元件模块的元件 1状态与故障显示LED SF（系统出错/故障显示，红色）：CPU硬件故障或软件错误时亮。 BF（总线错误，红色）。 DC 5V（5V电源指示，绿色）：5V电源正常时亮。 FRCE（强制，黄色）：至少有一个I/O被强制时亮。 RUN（运行方式，绿色）：CPU处于RUN状态时亮。 STOP（黄色）：CPU处于STOP时亮。 2CPU的操作模式 1）STOP（停止）位置：不执行用户程序。 2）RUN (运行)位置：执行用户程序。 3）HOLD模式：运行时遇到断点，用户程序暂停。 4）STARTUP（启动）模
8、式。模式选择开关在RUN位置，通电时自动启动。 用模式选择开关初始化存储区，清除程序的方法，MMC使用注意事项。 用模式选择开关初始化存储区，清除程序的方法，MMC使用注意事项。2.3.2 CPU的存储器的存储器 1PLC使用的物理存储器 RAM（随机存取存储器）的工作速度高、价格便宜、改写方便。断电后储存的信息丢失。 ROM（只读存储器）只能读出，不能写入。断电后储存的信息不会丢失。 快闪存储器（FEPROM）和EEPROM（可以电擦除可编程的只读存储器）的数据可以读出和改写，断电后信息不会丢失。写入数据的时间比RAM长。 2微存储卡 简称为MMC，用于断电时保存用户程序和某些数据。 3CP
9、U的存储区 2.3.3 CPU模块的技术规范模块的技术规范 1紧凑型CPU CPU 312C、CPU 313C、CPU 313-2DP、 CPU 313-2PtP、 CPU 314-2DP、 CPU 314-2PtP和CPU 314C-2PN/DP。均有计数、频率测量和脉冲宽度调制功能，有的有定位功能，24个高速计数通道，性价比高。 2标准型CPU：CPU 312、CPU 314、CPU 315-2DP、CPU 315-2PN/DP、CPU 317-2DP、CPU 317-2PN/DP和CPU 319-3PN/DP。 3技术功能型CPU：具有智能技术和运动控制功能，CPU 315T-2DP、C
10、PU 317T-2DP。 4SIPLUS 户外型CPU：-25C 到+70C。 5故障安全型：CPU 315F-2DP、CPU 315F-2PN/DP、CPU 317F-2DP和CPU 317F-2PN/DP。2.4 S7400系列系列PLC简介简介2.4.1 S7400的基本结构与特点的基本结构与特点 1S7-400的基本结构 模块的尺寸为25(宽)290(高)210(深)mm。 用ET 200分布式I/O可以进行远程扩展，用于分布范围很广的系统。2.4.2 机架与接口模块机架与接口模块 （1）通用机架UR1/UR2 P总线是I/O总线，C（K）总线是通信总线。 （2）中央机架，有I/O总线
11、和通信总线。CR2有108槽, 需要一个电源模块和两个CPU模块。CR3是4槽的中央机架。 （3）扩展机架ER1/ER2分别有18槽和9槽，只有I/O总线。 （4）UR2-H机架 UR2-H机架用于在一个机架上配置一个完整的S7-400H冗余系统，每个均有自己的I/O。两个电源模块和两个冗余CPU模块。2.5 STEP 7 编程软件的安装与使用编程软件的安装与使用2.5.1 STEP 7 的版本与许可证密钥的版本与许可证密钥 分为基本版与专业版。用Automation License Manager（自动化许可证管理器）来传送、显示和删除许可证密钥。2.5.2 安装安装STEP 7与与PLCS
12、IM STEP 7 V5.5 SP2可用于 Windows XP和Windows 7的专业版。 安装过程：接受许可协议的条款，安装类型选“典型的”。选“否，以后再传送许可证密匙”。安装完后重新启动计算机，安装PLCSIM。 安装STEP 7的注意事项 出现“ssf文件错误”的处理，要求重新启动系统的处理。安装顺序：先安装STEP7，再安装其他软件。2.5.3 项目的创建项目的创建 1用新项目向导创建项目，CPU订货号有限制。 2直接创建项目 3项目的分层结构2.5.4 STEP 7与与PLC通信连接的组态通信连接的组态 1STEP 7与PLC通信的硬件 PC/MPI适配器，USB/MPI适配器
13、。 MPI/DP卡：CP 5511或CP 5512。 工业以太网卡CP 1612、1616或普通以太网卡。 2STEP 7与PLC通信的组态 在SIMATIC管理器中执行菜单命令“选项”“设置PG/PC接口”，在“设置PG/PC接口”对话框的列表选中通信用的硬件和通信协议。 如果通信硬件列表没有实际使用的通信硬件，点击“选择”按钮，打开“安装/删除接口”对话框，安装通信用的硬件的驱动程序。 使用USB/MPI适配器、CP 5611和CP 343-1下载程序的演示。2.6 硬件组态硬件组态2.6.1 硬件组态概述硬件组态概述 硬件组态的任务：生成一个与实际的硬件系统完全相同的系统。 硬件组态确定
14、了PLC输入/输出变量的地址，为设计用户程序打下了基础。 S7-300的电源模块、CPU和接口模块固定放1、2、3号槽。插入模块的两种方法。 生成扩展机架，用接口模块连接机架。只有一个扩展机架最好使用价格便宜的IM365，多个扩展机架可使用IM360/IM361。 编译和保存组态信息的方法。更换CPU时保留程序的方法。2.6.2 多机架系统的组态多机架系统的组态2.6.3 I/O模块的地址分配模块的地址分配 1S7-300信号模块的地址分配 组态时软件自动分配模块地址，用户可以修改。0号机架4号槽的数字量模块的起始字节地址为0，每个槽位分配4个字节的地址。0号机架4号槽从256号字节开始，每个
15、模拟量模块占16B，一个通道占2B。 2S7-400 I/O模块的地址分配 1）模块地址与机架号和槽号无关。 2）自动统一分配主站和非智能DP从站模块的地址。 3）DI、DO、AI、AO分为4类，同类模块的字节地址按组态的先后次序依次自动分配，可以修改。 数字量I/O从0号字节开始，模拟量I/O模块的地址从512号字节开始，每点占2B。2.6.4 CPU模块的参数设置模块的参数设置 时钟脉冲字节、保持存储器、密码、中断的设置。2.6.5 STEP 7的帮助功能与防止误操作的措施的帮助功能与防止误操作的措施2.7 输入输入/输出输出模块模块2.7.1 数字量输入模块数字量输入模块 输入/输出模块
16、统称为信号模块(SM)。前连接器插在前盖后面的凹槽内。漏输入电路（见图2-26）的输入回路电流从模块的信号输入端流进来，源输入电路反之。有中断功能的输入模块参数设置。 图2-41 数字量输入模块电路图2-42 数字量输入模块电路2.7.2 数字量输出模块数字量输出模块 继电器输出电路可以驱动直流负载和交流负载，承受瞬时过电压和过电流的能力较强，动作速度慢，动作次数有限制。 固态继电器型输出模块只能用于交流负载，晶体管型、场效应晶体管型输出模块只能用于直流负载，它们的响应速度快，寿命长，过载能力稍差。 数字量输出模块的参数设置，启用诊断中断，对CPU STOP模式的响应的设置。图2-45 继电器
17、输出模块电路图2-46 固态继电器输出模块电路2.7.3 模拟量输入模块模拟量输入模块 表2-49 模拟量输入模块示意图图2-47 晶体管或场效应管输出模块电路 AI模块的输入信号类型用量程卡来设置。每两个通道共用一个量程卡。2.7.4 模拟量输入模块的参数设置模拟量输入模块的参数设置 模块以每两个通道为一组，设置好每组的测量型号和测量范围后，软件给出通道组对应的量程卡的位置。应按组态的要求设置好量程卡的实际位置。 SM 331采用积分式A/D转换器，积分时间与干扰抑制频率互为倒数。积分时间与转换精度的关系见表2-6。为了抑制工频信号对模拟量信号的干扰，一般选择积分时间为20ms。2.7.5
18、将模拟量输入模块的输出值转换为实际的物理量将模拟量输入模块的输出值转换为实际的物理量 模拟量输入/输出模块中模拟量对应的数字称为模拟值，模拟值用16位二进制补码来表示。最高位为符号位，正数的符号位为0，负数的符号位为1。单极性输入模拟量满量程对应027648，双极性输入模拟量满量程对应-27648+27648。 【例2-1】压力变送器的量程为010MPa，输出信号为420mA，模拟量输入模块的量程为420mA，转换后的数字量为027648，设转换后得到的数字为N，试求以kPa为单位的压力值。 解：010MPa(010000kPa)对应于转换后的数字027 648，转换公式为 P = 10000
19、 N / 27648 （kPa）2.7.6 模拟量输出模块与模拟量输入模拟量输出模块与模拟量输入/输出模块输出模块 电压输出可用2线制或4线制，后者抗干扰能力较强。电流输出用2线制。 AO模块的组态与DO模块差不多。 2.7.7 其他信号模块与前连接器其他信号模块与前连接器 1EX系列数字量/模拟量I/O模块用于隔离外部的本质-安全回路（安装在有爆炸危险区域的传感器和执行器）与PLC的非本质-安全内部回路。 2F系列数字量/模拟量输入/输出模块 具有故障安全运行的集成安全功能，在ET 200M分布式I/O或S7-300F中使用。2.8 功能模块与功能模块与ET 2002.8.1 功能模块功能模
20、块 1计数器模块 2位置控制与位置检测模块 3闭环控制模块 4称重模块 5S5智能I/O模块2.8.2 ET 200 1安装在控制柜内的ET 200 防护等级为IP 20，大多数系列可以接PROFIBUS-DP和PROFINET网络。 1）ET 200S：功能全面的模块化分布式I/O。有各种模块、电动机起动器和变频器等。每个站最多63个I/O模块。可安装于危险区域（Zone 2）。 2）ET 200M：采用通用的S7-300 I/O模块，支持冗余系统和热插拔，最多12个模块。 3）ET 200iSP：用于危险区域本质安全型I/O系统，只能用于PROFIBUS-DP，可连接有爆炸危险区域的设备。支持冗余系统，最多32个电子模块。 新系列ET 200SP：最多64个I/O 模块，直插式端子，支持热插拔。 2不需要控制柜的ET 200，IP65/67高防护等级 1）ET 200pro：多功能模块化分布式I/O。有电动机起动器、变频器、集成了安全技术，支持热插拔。 2）ET 200eco：带PROFIBUS-DP接口的数字量I/O模块，故障安全模块。 3）ET 200eco PN：带PROFINET接口的紧凑型I/O功能块。 3其他：ET 200B，整体式的一体化分布式I/O。
